衛(wèi)河流域合河水文站暴雨徑流關(guān)系分析

趙文舉，郭衛(wèi)寧，趙瓏迪

（1.河南省新鄉(xiāng)水文水資源勘測局，河南新鄉(xiāng)453002；2.黃河水利委員會(huì)水文局，河南鄭州450004）

衛(wèi)河流域合河水文站暴雨徑流關(guān)系分析

趙文舉1，郭衛(wèi)寧2，趙瓏迪1

（1.河南省新鄉(xiāng)水文水資源勘測局，河南新鄉(xiāng)453002；2.黃河水利委員會(huì)水文局，河南鄭州450004）

對(duì)衛(wèi)河流域合河水文站1955年至今的21次洪水資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算了該流域的面雨量、前期影響雨量和徑流深，分析了影響該流域徑流關(guān)系的主要因素，探討了該區(qū)徑流系數(shù)變化的規(guī)律。

衛(wèi)河流域；合河水文站；暴雨；徑流系數(shù)；產(chǎn)流能力；前期影響雨量；人類活動(dòng)

1 流域概況

1.1 水系概況

衛(wèi)河是中國海河水系南運(yùn)河水系的主要支流，發(fā)源于山西省陵川縣奪火鎮(zhèn)，流經(jīng)河南省的焦作市、新鄉(xiāng)市、安陽市、鶴壁市，河北省邯鄲市的大名縣，山東省聊城的冠縣，復(fù)入河北省館陶縣秤鉤灣，與漳河相會(huì)后，匯入南運(yùn)河。衛(wèi)河在新鄉(xiāng)市新鄉(xiāng)縣合河鄉(xiāng)至鶴壁市?？h王莊鄉(xiāng)河段分為兩支，一支為共產(chǎn)主義渠，另一支為衛(wèi)河河道［1］。

1.2 水文站概況

合河（衛(wèi)）水位站地處合河閘下游約300m處，河南省新鄉(xiāng)縣合河鄉(xiāng)后賈村，位于東經(jīng)113°46′、北緯35°21′處。該站始建于1933年11月，后因戰(zhàn)亂停測。中華人民共和國成立后，恢復(fù)觀測?，F(xiàn)在由河南省新鄉(xiāng)水文水資源勘測局管理［2］。合河閘建閘前，監(jiān)測的水量為全流域水量；合河閘建成后，監(jiān)測的水量為合河閘分配的水量。需要說明的是，共產(chǎn)主義渠開挖之前，合河鎮(zhèn)至新鄉(xiāng)市區(qū)有一片低洼地，大水時(shí)分流滯蓄一部分洪水。合河（共）水文站位于合河閘下游約1200m的共產(chǎn)主義渠上，設(shè)立于1955年6月。共產(chǎn)主義渠開挖前，監(jiān)測洼地分流的洪水；共產(chǎn)主義渠開挖后，監(jiān)測共產(chǎn)主義渠水量。由于合河閘以下衛(wèi)河和共產(chǎn)主義渠的水量受合河閘控制，合河（衛(wèi)）水文站和合河（共）水文站監(jiān)測的水量相加是衛(wèi)河全河水量。本文將合河（衛(wèi)）水文站與合河（共）水文站合稱合河水文站。

1.3 地形概況

合河水文站以上流域面積為4 061 km2（山區(qū)面積和平原面積約各占一半），包括太行山南麓，丹河流域以東的山西省陵川縣及焦作市區(qū)、修武縣、輝縣市、獲嘉縣等市縣。北部山區(qū)主要支流有新河、山門河、紙坊溝、峪河、石門河、黃水河、劉店干河和百泉河等河流，南部平原主要支流有蔣溝、大獅澇河和共產(chǎn)主義渠。

1.4 水利工程概況

自1958年以來，在合河水文站以上山區(qū)支流上先后建成了4座中型水庫、5座?。?）型水庫以及18座?。?）型水庫［3］。1971年，在衛(wèi)河上建成群英水庫，控制流域面積為165 km2，總庫容為1 660萬m3，防洪庫容為700萬m3；1982年，在子房河上建成馬鞍石水庫，控制流域面積為90 km2，總庫容為1 057萬m3，防洪庫容為334萬m3；1988年，在石門河上建成石門水庫，控制流域面積為132km2，總庫容為2773萬m3，防洪庫容為203萬m3；1994年，在峪河上建成寶泉水庫，控制流域面積為538.4 km2，總庫容為6 750萬m3，防洪庫容為379.73萬m3。另外，長嶺、拍石頭等23座小型水庫總庫容合計(jì)2 066萬m3。

1.5 水文氣候概況

河南省衛(wèi)河流域?qū)倥瘻貛О霛駶櫚敫珊导撅L(fēng)氣候，全年四季分明。冬季寒冷少雨雪，春季干旱多風(fēng)沙，夏季炎熱多雨，秋季風(fēng)和氣爽。區(qū)內(nèi)多年平均降水量在500～800mm之間，由南向北、由東向西遞減。受東南季風(fēng)影響，該區(qū)年內(nèi)降水量極不平均，降水主要集中在7～9月。

2 暴雨、徑流計(jì)算

本次研究采用1955年至今合河水文站21次洪水資料進(jìn)行計(jì)算、分析。

2.1 面雨量和前期影響雨量的計(jì)算

2.1.1 區(qū)域平均降水量的分析計(jì)算

流域面平均降水量P可以通過對(duì)玄壇廟、焦作、寶泉、合河等共15個(gè)雨量站的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)平均而得，其計(jì)算式如公式（1）所示［4］。

各雨量站權(quán)重取值如表1所示。

2.1.2 前期影響雨量的計(jì)算

前期影響雨量Pa采用公式（2）對(duì)前30 d的雨量進(jìn)行逐日計(jì)算。

式中：Pa為前期影響雨量，當(dāng)Pa＞最大前期影響雨量時(shí)，取Pa＝Im；k為折減系數(shù)；t為距計(jì)算日的天數(shù)；Pt為前第t日的面平均日降水量。

6～9月份的k值分別為0.85、0.86、0.87、0.88。最大前期影響雨量采用1992年匯編方案的數(shù)據(jù)，合河水文站Im＝100mm。

表1 各雨量站權(quán)重表Tab.1 Rainfall station weight

2.2 徑流深R的推求及成果分析

按每天遞減約12m3／s將地下徑流過程概化為直線。將實(shí)測洪水流量過程線減去地下徑流過程線，得到地表徑流過程線。據(jù)此推算徑流深R［5］。合河水文站21次洪水徑流計(jì)算成果如表2所示。合河水文站不同年代的R／（P＋Pa）、R／P均值對(duì)比情況如表3所示。

表2 衛(wèi)河合河站降水徑流成果表Tab.2 Hehe hydrological station rainfall runoff results of W eihe river

表3 合河水文站不同年代的R／（P＋Pa）、R／P均值對(duì)比表Tab.3 The average value com parison of R／（P＋Pa），R／P of different yearsof Hehehydrologicalstation

從表3可以看出，隨著時(shí)代的發(fā)展，合河水文站的R／（P＋Pa）、R／P均值有明顯的下降趨勢。這說明，水利工程和人類活動(dòng)的影響使該區(qū)下墊面發(fā)生很大變化，致使本流域相同降水量形成的徑流量呈逐年下降的趨勢。

3 影響徑流的因素分析

3.1 前期影響雨量對(duì)徑流的影響

把表2中前期影響雨量Pa大于50mm和小于50 mm的降水場次分開進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，前期影響雨量Pa大于50mm的降水場次的徑流深均值為51.5mm，徑流系數(shù)R／P的均值為0.45；前期影響雨量Pa小于50 mm的降水場次的徑流深均值為26.1mm，徑流系數(shù)R／P的均值為0.18。這說明，前期影響雨量越大，越易形成徑流，即產(chǎn)流能力越強(qiáng)。如，1962年6月18日、1971年7月30日、1976年7月17日等幾場洪水，雖然發(fā)生很強(qiáng)的降水，但是徑流深和徑流系數(shù)都很小。其中一個(gè)主要原因就是，這些降水場次的前期雨量很少，降水多補(bǔ)給到地下，很難形成地表徑流。反觀1956年8月2日、1963年8月7日等幾場降雨，雖然降水量不是非常大，卻能形成較大的徑流。再比如1963年8月7日與1976年7月17日的兩場降水，后者降水量是前者的兩倍還多，而徑流深卻基本相當(dāng)。造成這種結(jié)果的主要原因之一就是，后者前期影響雨量Pa較前者過小。綜上所述，前期影響雨量對(duì)徑流的影響非常顯著，是分析降水徑流關(guān)系的一個(gè)重要因素。

3.2 人類活動(dòng)對(duì)徑流的影響

人類活動(dòng)影響主要包括水利工程影響和下墊面變化影響。水利工程影響主要是通過攔蓄調(diào)節(jié)作用，改變?cè)械膹搅鞣绞?；下墊面變化影響是由于土地利用方式的改變，打破了原來的產(chǎn)匯流條件。衛(wèi)河流域降水量相對(duì)偏小，水資源缺乏，上游為了解決水資源短缺與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需水量增加的矛盾，大修水庫及橡膠壩等水利工程，從而導(dǎo)致下游產(chǎn)匯流條件更加惡劣。如1982年7月31日洪水，降水量為211mm，前期雨量為43.6mm，但形成的地表徑流僅31mm，就是受1982年建成的馬鞍石水庫攔蓄調(diào)節(jié)的直接影響；1988年8月1日洪水，降水量為139mm，前期雨量為22mm，僅形成地表徑流5mm，產(chǎn)流系數(shù)僅為0.04，是受1988年建成的石門水庫攔蓄調(diào)節(jié)的直接影響。隨著各種水利工程的興建以及人類活動(dòng)造成下墊面變化的加劇，原有的產(chǎn)匯流條件正在不斷地發(fā)生改變。

3.3 徑流系數(shù)變化趨勢分析

根據(jù)合河水文站21場洪水計(jì)算成果，可以點(diǎn)繪出降水與徑流的相關(guān)圖（如圖1所示）和降水＋前期影響雨量與徑流相關(guān)圖（如圖2所示）。

從圖1和圖2可以看出，在降水量及前期影響雨量相同的情況下，越靠前的年份，越容易形成地表徑流，反之，越靠近近年，則越難形成地表徑流。也就是說，隨著時(shí)間的推移，該流域徑流系數(shù)及產(chǎn)流能力正在逐年減小。

圖1 合河水文站R～P關(guān)系圖Fig.1 Hehe hydrological station R～P relation s

圖2 合河水文站R~P+Pa關(guān)系圖Fig.2 Hehe hydrological station R～P＋Parelation s

4 結(jié)語

綜上所述，流域徑流的主要影響因素有前期影響雨量和人類活動(dòng)。隨著時(shí)代的發(fā)展，人類活動(dòng)對(duì)降水徑流的影響越發(fā)突出。隨著越來越多的水利工程的興建以及人類活動(dòng)造成的下墊面變化的加劇，衛(wèi)河流域的產(chǎn)匯流條件不斷變化，致使相同降水量形成的徑流量正在呈逐年下降的趨勢。也就是說，人類活動(dòng)正在促使本流域的產(chǎn)流能力逐年下降。

這必將對(duì)流域的水資源綜合利用產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

［1］百度百科.衛(wèi)河［EB／OL］.［2015－11－05］.http：／／baike.baidu.com／link？url＝rcXWRnin IRiJ4KZm EqX 1LcIpKU nCfhqT56xuuTbiDW＿dQrnGlvzxrtvJI－JhM JG3XP9U－u6＿RsEOGfYLQgp7ka.

［2］岳利軍，趙彥增，韓潮，等.河南省水文站基本資料匯編［M］.鄭州：黃河水利出版社，2014：302－350.

［3］閆壽松，何長海，許凱，等.新鄉(xiāng)水文水資源統(tǒng)計(jì)與分析［M］.鄭州：黃河水利出版社，2015：121－160.

［4］張文華，郭生練.流域降雨徑流理論與方法［M］.武漢：湖北科學(xué)技術(shù)出版社，2008：178.

［5］林三益.水文預(yù)報(bào)［M］.北京：中國水利水電出版社，2003：206.

[責(zé)任編輯 楊明慶]

TV12

B

10.13681/j.cnki.cn41-1282/tv.2016.03.004

2015-12-18

趙文舉（1982－），男，河南新鄉(xiāng)人，工程師，主要從事水文水資源分析工作。